(57)【要約】【課題】環境条件を効率よく維持する。【解決手段】インキュベータ室２２は、試料を入れた培養容器を格納し、所定の環境条件の混合気体で充満されており、加湿ユニット１３が、混合気体を加湿する。また、加湿導入室２１は、インキュベータ室２２に隣接して配置され、加湿ユニット１３で加湿された混合気体を溜めてインキュベータ室２２に導入する。加湿帰還室２３は、インキュベータ室に隣接して配置され、インキュベータ室２２から混合気体を溜め、加湿ユニット１３に戻す。そして、制御装置３０が、インキュベータ室２２の混合気体が環境条件を維持するように、混合気体の湿度を検出する湿度センサ１４の検出信号に基づき加湿ユニット１３を制御する。本発明は、例えば、細胞培養装置に適用できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の環境条件で試料を培養する培養装置において、
前記試料を入れた培養容器を格納し、前記環境条件を満たす混合気体で充満されたインキュベータ室と、
前記混合気体を加湿する加湿手段と、
前記インキュベータ室に隣接して配置され、前記加湿手段で加湿された前記混合気体を溜め、前記インキュベータ室に導入するための導入室と、
前記インキュベータ室に隣接して配置され、前記インキュベータ室から前記混合気体を溜め、前記加湿手段に戻すための帰還室と、
前記混合気体の湿度を検出する湿度検出手段と、
前記インキュベータ室の前記混合気体が前記環境条件を維持するように、前記湿度検出手段の検出信号に基づき前記加湿手段を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする培養装置。
【請求項２】
前記混合気体が前記インキュベータ室および前記帰還室および前記加湿手段および前記導入室を循環するようにファンを備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の培養装置。
【請求項３】
前記湿度検出手段は、前記帰還室に設置された
ことを特徴とする請求項１に記載の培養装置。
【請求項４】
前記混合気体の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
前記酸素濃度検出手段により検出された酸素濃度に応じて、前記インキュベータ室の内部が前記環境条件の酸素濃度で維持されるように、前記インキュベータ室に窒素ガスを供給する供給手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の培養装置。
【請求項５】
前記混合気体の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
前記インキュベータ室内の前記混合気体を所望の酸素濃度に変化させるために、前記酸素濃度検出手段により検出された酸素濃度に基づいて、前記インキュベータ室に供給する窒素ガスの供給量を算出し、前記インキュベータ室に供給する窒素ガスの流量を制御する流量制御手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の培養装置。
【請求項６】
前記流量制御手段により算出された供給量の前記窒素ガスを前記インキュベータ室に供給するにあたり、前記インキュベータ室の内部の湿度を前記環境条件で維持するのに必要な加湿量を、前記湿度検出手段により検出された湿度に基づいて算出する加湿量算出手段
をさらに備え、
前記加湿手段は、前記加湿量算出手段により算出された加湿量で加湿を行う
ことを特徴とする請求項５に記載の培養装置。
【請求項７】
前記インキュベータ室から前記加湿手段に前記混合気体を流入させるための流路を開閉する開閉手段
をさらに備え、
前記開閉手段は、前記窒素ガスの供給時に前記流路を閉鎖し、
前記流量制御手段から供給される前記窒素ガスは、前記加湿手段において加湿された後に前記インキュベータ室に流入する
ことを特徴とする請求項５に記載の培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、培養装置に関し、特に、環境条件を効率よく維持することができるようにした培養装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種の細胞や微生物などの試料の培養を目的として、温度や、湿度、酸素濃度などの環境条件を一定に維持するインキュベータ（培養環境領域、恒温恒湿領域部）を備えた細胞培養装置が一般に用いられている。インキュベータの内部を加湿する加湿方式としては、水を超音波振動子などで霧状にして、大気と混合させてインキュベータに流入させることで湿度を上昇させるアクティブ加湿方式と呼ばれる方式がある。
【０００３】
通常、アクティブ加湿方式では、大気（酸素濃度約２０％、窒素濃度約８０％）を加湿してインキュベータに流入させる。また、細胞培養装置では、インキュベータの内部の二酸化炭素濃度を、大気の二酸化炭素濃度よりも高い５％に設定している場合が多く、この場合、インキュベータを加湿するたびに大気が流入するため、インキュベータの内部の二酸化炭素濃度が微妙に低下してしまう。
【０００４】
また、インキュベータの内部を低酸素状態とする際には、窒素ガスをインキュベータに導入することで酸素濃度を低下させる方法が主に使用されているが、乾燥した窒素ガスをインキュベータに導入することにより湿度が低下してしまう。従って、湿度を維持するために、インキュベータの内部を加湿する必要が発生する。上述のように、加湿した大気をインキュベータの内部に流入させると、インキュベータ内の酸素濃度が上昇するため、さらに窒素ガスを導入する必要が発生し、これにより、さらに加湿を行う必要が発生するということが繰り返される。
【０００５】
また、特許文献１には、培養液（培地）槽と培養チャンバとを密閉連結し、培養液槽と培養チャンバとの間で培養液を順次循環させるとともに、培地に必要なガスを供給するように構成された還流式の培養液交換システムが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３６１４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、インキュベータの環境条件を維持するためには、インキュベータの内部の加湿と、窒素ガスの導入とが繰り返して行われることがあり、環境条件を効率よく維持することが困難であった。
【０００８】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、環境条件を効率よく維持することができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の培養装置は、所定の環境条件で試料を培養する培養装置であって、前記試料を入れた培養容器を格納し、前記環境条件を満たす混合気体で充満されたインキュベータ室と、前記混合気体を加湿する加湿手段と、前記インキュベータ室に隣接して配置され、前記加湿手段で加湿された前記混合気体を溜め、前記インキュベータ室に導入するための導入室と、前記インキュベータ室に隣接して配置され、前記インキュベータ室から前記混合気体を溜め、前記加湿手段に戻すための帰還室と、前記混合気体の湿度を検出する湿度検出手段と、前記インキュベータ室の前記混合気体が前記環境条件を維持するように、前記湿度検出手段の検出信号に基づき前記加湿手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の培養装置においては、インキュベータ室は、試料を入れた培養容器を格納し、環境条件を満たす混合気体で充満されており、インキュベータ室に隣接して、加湿手段で加湿された混合気体を溜めてインキュベータ室に導入するための導入室と、インキュベータ室から混合気体を溜めて加湿手段に戻すための帰還室とが配置されている。そして、インキュベータ室の混合気体が環境条件を維持するように、混合気体の湿度を検出する湿度検出手段の検出信号に基づき、混合気体を加湿する加湿手段が制御される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の培養装置によれば、環境条件を効率よく維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明を適用した細胞培養装置の第１の実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【００１４】
図１において、細胞培養装置１１は、細胞の培養に適した環境に保持されている培養環境部１２、培養環境部１２の内部の混合気体（雰囲気）を培養環境に適した湿度に加湿する加湿ユニット１３、湿度センサ１４、および酸素センサ１５を備えて構成される。
【００１５】
培養環境部１２の内部は、加湿導入室２１、インキュベータ室２２、および加湿帰還室２３に分割されている。
【００１６】
加湿導入室２１は、インキュベータ室２２に隣接して配置されており、培養環境部１２に窒素ガスを導入するための窒素ガス流入ポート３１を備え、窒素ガス流入ポート３１には、培養環境部１２に窒素ガスを供給する窒素ガスボンベ（図示せず）に接続された流路３２が接続されている。流路３２には、電磁力により開閉可能なソレノイドバルブ３３が設けられており、ソレノイドバルブ３３の開閉に応じて、加湿導入室２１への窒素ガスの流入が制御される。
【００１７】
さらに、加湿導入室２１は、加湿ユニット１３に接続される流入ポート３４を備え、加湿導入室２１内の流入ポート３４付近に設けられているファン３５により、加湿ユニット１３により加湿された混合気体が、流入ポート３４を介して加湿導入室２１に流入して溜り、その混合気体をインキュベータ室２２に導入する。ファン３５により、混合気体が、インキュベータ室２２、加湿帰還室２３、加湿ユニット１３、および加湿導入室２１を循環する。また、加湿導入室２１は、常時陽圧とされている。
【００１８】
インキュベータ室２２には、細胞に生育環境を提供する培地を入れた培養容器が収納されており、その内部は、例えば、温度３７℃、湿度９０％、二酸化炭素濃度５％の環境条件に維持されている。また、インキュベータ室２２は、加湿導入室２１からの混合気体が比較的に緩やかな速度で導入されるように構成されており、混合気体は、インキュベータ室２２に充満して内部を循環した後に加湿帰還室２３に流出する。
【００１９】
加湿帰還室２３は、インキュベータ室２２に隣接して配置されており、加湿ユニット１３に接続される流出ポート３６を備え、インキュベータ室２２から流出する混合気体を溜め、加湿ユニット１３に戻す。また、加湿帰還室２３から流出する混合気体は、流出ポート３６と加湿ユニット１３との間の流路に設けられている酸素センサ１５を通過して、加湿ユニット１３に流入する。また、加湿帰還室２３は、培養環境部１２の加湿時には陽圧とされ、加湿時以外は陰圧とされる。
【００２０】
また、加湿帰還室２３の内部には湿度センサ１４が配置されており、湿度センサ１４は、混合気体の湿度を検出し、その湿度を示す湿度データを、細胞培養装置１１の全体の制御を行う制御装置（ＣＰＵ）３０に供給する。そして、制御装置３０が、インキュベータ室２２の混合気体が環境条件を維持するように、湿度センサ１４の検出信号に基づき加湿ユニット１３を制御する。
【００２１】
加湿ユニット１３は、制御装置３０の制御に従って、インキュベータ室２２の湿度が所定の環境条件で一定に維持されるように、純水を超音波で霧状にし、加湿帰還室２３から流入する混合気体に混合させることで混合気体を加湿して、加湿後の混合気体を加湿導入室２１に流入させる。例えば、湿度センサ１４の検出信号が、混合気体の湿度が環境条件として設定されている湿度の設定値より低いことを示していれば、加湿ユニット１３は、混合気体の加湿を行う。このように、加湿ユニット１３と培養環境部１２との間で、混合気体が適宜加湿されて循環する。
【００２２】
酸素センサ１５は、加湿帰還室２３から加湿ユニット１３に流入する混合気体の酸素濃度を測定し、その酸素濃度を示す酸素濃度データを、細胞培養装置１１の全体の制御を行う制御装置３０に供給する。制御装置３０は、酸素センサ１５からの酸素濃度データに応じて、環境条件として設定されている酸素濃度よりも培養環境部１２の内部の酸素濃度が高ければ、ソレノイドバルブ３３を開放させて加湿導入室２１に窒素ガスを流入させ、培養環境部１２の内部を低酸素状態とする。
【００２３】
窒素ガス流入ポート３１を介して加湿導入室２１に流入した窒素ガスは、加湿導入室２１の内部で、流入ポート３４を介して加湿導入室２１に流入する混合気体と混合され、その後、インキュベータ室２２に導入される。
【００２４】
このように、細胞培養装置１１では、培養環境部１２と加湿ユニット１３との間で、混合気体が循環するように構成されており、培養環境部１２の酸素濃度を上昇させることなく、培養環境部１２の内部を加湿することができる。また、従来の細胞培養装置では、加湿時における酸素濃度の上昇に伴って、低酸素状態を維持するために窒素ガスを導入する必要があったが、細胞培養装置１１では、加湿時に酸素濃度が上昇することはないので、加湿時に窒素ガスを導入する必要がない。従って、細胞培養装置１１は、従来の細胞培養装置のように混合気体の加湿と窒素ガスの導入とを繰り返す必要がなく、より効率的に湿度を一定に維持することができる。
【００２５】
また、細胞培養装置１１では、培養環境部１２の内部の酸素濃度を維持するために、酸素センサ１５から出力される酸素濃度データに応じてソレノイドバルブ３３を介して窒素ガス（乾燥した窒素ガス）を導入する際に、混合気体を加湿する必要があるが、上述と同様に、この加湿の際に酸素濃度が上昇することがないので、より効率的に酸素濃度を一定に維持することができる。また、培養環境部１２では、加湿導入室２１において窒素ガスと混合気体とが混合された後にインキュベータ室２２に導入されるので、インキュベータ室２２で湿度および酸素濃度が大きく変化することを抑制することができる。
【００２６】
さらに、細胞培養装置１１では、大気よりも湿度が高く設定されている混合気体を加湿するので、大気を加湿する場合に比べて、加湿に用いる純水の消費を抑制することができる。また、培養環境部１２と加湿ユニット１３との間で混合気体を循環させることで、混合気体に混合される二酸化炭素の消費を抑制することができる。
【００２７】
次に、図２は、本発明を適用した細胞培養装置の第２の実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【００２８】
図２に示されている細胞培養装置１１０において、図１の細胞培養装置１１と共通するブロックについては、同一の符号を付してあり、以下では、その説明は、適宜省略する。
【００２９】
即ち、細胞培養装置１１０は、培養環境部１２、加湿ユニット１３、湿度センサ１４、および酸素センサ１５を備える点で、図１の細胞培養装置１１と共通する。但し、細胞培養装置１１０では、加湿帰還室２３の流出ポート３６と加湿ユニット１３とを接続する流路４１にソレノイドバルブ４２が設けられ、流量制御部４３および演算部４４を備える点で、図１の細胞培養装置１１と異なっている。また、細胞培養装置１１０では、培養環境部１２のインキュベータ室２２に酸素センサ１５が配置されている。
【００３０】
流量制御部４３は、図示しない窒素ガスボンベと、ソレノイドバルブ４２および加湿ユニット１３の間の流路４１とを接続する流路に設けられており、流量制御部４３には、インキュベータ室２２の内部の酸素濃度データが酸素センサ１５から制御装置３０を介して供給される。
【００３１】
例えば、ユーザが、インキュベータ室２２の混合気体が所望の酸素濃度（例えば低酸素状態）となるように設定すると、流量制御部４３は、酸素センサ１５からの酸素濃度データに基づいて、現在の酸素濃度から所望の酸素濃度への変更に必要な窒素ガスの供給量を算出する。そして、ソレノイドバルブ４２により、加湿帰還室２３の流出ポート３６と加湿ユニット１３とを接続する流路４１が閉鎖され（ラインを切り替え）、流量制御部４３は、インキュベータ室２２の混合空気の酸素濃度が所定の変化速度で変化するように窒素ガスの流量をコントロールして、窒素ガスボンベから加湿ユニット１３に窒素ガスを流入させる。また、流量制御部４３は、培養環境部１２に供給する窒素ガスの供給量を示す供給量データを演算部４４に供給する。
【００３２】
演算部４４には、湿度センサ１４から湿度データが供給され、演算部４４は、その湿度データと、流量制御部４３からの供給量データとに基づいて、インキュベータ室２２の混合気体が所望の酸素濃度に変更されても、インキュベータ室２２の湿度を一定に維持するために必要な加湿量を算出する。そして、演算部４４は、その加湿量で加湿を行うように、加湿ユニット１３を制御する。
【００３３】
これにより、加湿ユニット１３は、流量制御部４３を介して供給される窒素ガスを、演算部４４が算出した加湿量で加湿し、加湿後の窒素ガスが加湿導入室２１に流入する。
【００３４】
例えば、流量制御部４３は、酸素センサ１５からの酸素データを常に参照し、インキュベータ室２２内の酸素濃度が、所望の酸素濃度に近づくに従い窒素ガスの流量が減少するように、窒素ガスの流量をコントロールし、演算部４４は、窒素ガスの流量の変化に応じて加湿ユニット１３による加湿量を制御する。これにより、より効率的に、所望の酸素濃度を実現することができる。例えば、酸素濃度が５％程度の低酸素状態にインキュベータ室２２を維持できる。
【００３５】
このように、細胞培養装置１１０では、インキュベータ室２２の内部を所望の酸素濃度にするために窒素ガスを供給する際に、湿度センサ１４により検出された湿度と、流量制御部４３により算出された窒素ガスの供給量とに基づいて求められる加湿量で窒素ガスを加湿するように制御するので、培養環境部１２の内部の湿度が低下することなく、一定の湿度を維持することができる。これにより、培養環境部１２の内部環境を変化させることなく、所望の酸素濃度および湿度を実現することができる。
【００３６】
また、細胞培養装置１１０では、加湿ユニット１３において加湿した窒素ガスを培養環境部１２に導入するので、例えば、乾燥した窒素ガスを導入するのと並行して培養環境部の内部を加湿するよりも、培養環境部１２の内部の混合空気を迅速に所望の酸素濃度に到達させることができる。さらに、細胞培養装置１１０では、混合気体の加湿と窒素ガスの導入とが繰り返されることがないので、従来よりも、窒素ガスの消費を抑制することができる。
【００３７】
また、細胞培養装置１１０では、酸素センサ１５を、加湿帰還室２３から混合気体が流出する流路に設けるのではなく、インキュベータ室２２の内部に設けることで、窒素ガスの導入時にソレノイドバルブ４２により流路４１が閉鎖されても、酸素濃度を適時検出することができる。
【００３８】
なお、細胞培養装置１１では、例えば、培養環境部１２と加湿ユニット１３との間で混合気体を循環させる流路にフィルタを設け、循環する混合気体に含まれる不純物を取り除くようにすることができる。
【００３９】
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明を適用した細胞培養装置の第１の実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【図２】細胞培養装置の第２の実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４１】
１１  細胞培養装置，  １２  培養環境部，  １３  加湿ユニット，  １４  湿度センサ，  １５  酸素センサ，  ２１  加湿導入室，  ２２  インキュベータ室，  ２３  加湿帰還室，  ３０  制御装置，  ３１  窒素ガス流入ポート，  ３２  流路，  ３３  ソレノイドバルブ，  ３４  流入ポート，  ３５  ファン，  ３６  流出ポート，  ４１  流路，  ４２  ソレノイドバルブ，  ４３  流量制御部，  ４４  演算部
【図１】
2010124703.tif 000003
【図２】
2010124703.tif 000004